Международная группа ученых, проводившая восьмилетнее исследование, обнаружила невероятное разнообразие микробов, живущих на глубине под земной поверхностью, превышающей ранее известные уровни. Руководителями исследования стали микробиолог Эмиль Рафф из Океанографического института Вудс-Хоул в США и биоинформатик Изабелла Храбе де Анджелис из Института химии Общества Макса Планка в Германии.
Ученые открыли новые формы жизни на глубинах до 491 м под океанским дном и до 4375 м под землей. Для исследования были проанализированы образцы, собранные с более чем 50 разных точек по всему миру, включая как поверхности Земли, так и подземные участки, такие как пещеры и глубоководные гидротермальные источники. Образцы с поверхности поступали из почвы и осадков, в то время как подземные образцы добывались из скважин, шахт или жидкости, полученной при гидроразрыве пласта.
Исследования показали, что существует общее мнение о том, что с увеличением глубины Земли доступная энергия снижается, что приводит к уменьшению выживаемости клеток. Однако, по словам Раффа, результаты их работы опровергают это. «Мы показали, что в некоторых подповерхностных средах разнообразие микробов может легко конкурировать с разнообразием на поверхности, а порой и превосходить его», — утверждает ученый.
Это открытие имеет особое значение для морской среды и таксономической группы архей. Генетическое разнообразие архей на этих глубинах становится более богатым и равномерно распределенным по мере того, как ученые углубляются все дальше. Бактериальное разнообразие на морском дне оказалось значительно выше, чем в экосистемах, расположенных на поверхности.
Жизнь в глубинах Земли: долгие временные рамки и уникальные условия
Жизнь в этих подводных глубинах развивается по совершенно иным временным масштабам, чем жизнь на поверхности Земли. Поскольку солнечный свет в таких местах отсутствует, доступная энергия ограничена. Она извлекается из окружающих веществ и химических процессов. Эти экосистемы функционируют в рамках тектонических временных масштабов, предполагая, что в глубинной биосфере некоторые микробы могут размножаться только раз в тысячу лет.
Эволюционное развитие этих микробов способствует снижению потребности в энергии и оптимизации метаболизма для достижения максимальной энергоэффективности, как подчеркивает Рафф.
В рамках исследования было проанализировано микробное разнообразие 478 архей, 964 бактерий и 147 метагеномов, которые представляют различные морские и наземные экосистемы. Оказалось, что жизнь как в поверхностных, так и в подповерхностных средах существует в непрерывном континууме разнообразия и структуры, а не делится на две четко разделенные экосистемы.
Различия между морскими и наземными экосистемами
Тем не менее, между морскими и наземными экосистемами существуют значительные различия в составе организмов. Селективное давление в этих средах сильно различается, что приводит к естественному отбору разных типов микробов. Эти организмы могут сталкиваться с трудностями при адаптации к обитанию в обеих средах.
Некоторые среды, такие как морская поверхность, были изучены достаточно подробно, в то время как для других, например, пещер или почвы, информации либо недостаточно, либо она полностью отсутствует.
Подземные микробы: изоляция и новые рекорды
Одним из самых удивительных открытий стало наличие сообществ микробов, живущих в полной изоляции глубоко под землей. Эти организмы являются исключительными, так как они были изолированы на протяжении миллиардов лет, что гораздо дольше, чем любые другие подземные микробы, которые удалось найти ранее. Например, ученые нашли живые микробы в камнях, возраст которых составляет 2 миллиарда лет, что полностью побивает предыдущий рекорд — 100 миллионов лет.
Это открытие значительно расширяет наши представления о жизни в экстремальных условиях и о возможностях существования микробов в условиях долгосрочной изоляции.